TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ
I. LÝ THUYẾT
1) Sóng cơ:
- Khái niệm: sóng cơ là sự lan truyền truyền dao động cơ (năng lượng, trạng thái dao động) trong một môi trường.
+ Sóng cơ không làm lan truyền phân tử vật chất của môi trường.
+ Sóng cơ chỉ truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không.
- VD: khi ném một hòn đá xuống mặt nước đang yên ả, trên mặt nước sẽ xuất hiện những gợn tròn lan rộn dần ra đó chính là sóng cơ.
- Phân loại: có 2 loại sóng là sóng dọc và sóng ngang.
+ Sóng ngang:
- Các phân tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
- Sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn và trên bề mặt chất lỏng.
- VD: sóng trên mặt nước.
+ Sóng dọc:
- Các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.
- Sóng dọc truyền trong môi trường rắn lỏng khí.
- VD: Kéo dãn lò xo dọc theo phương của nó rôi thả tay.
2) Các đặc trưng của một sóng hình sin
Với sóng hình sin: các phần tử môi trường sẽ dao động điều hòa.
- Biên độ A của sóng: là biên độ dao động của một phần tử môi trường có sóng truyền qua.
- Chu kỳ T của sóng: là chu kỳ dao đông của một phần tử môi trường có sóng truyền qua. (tính tuần hoàn về thời gian).
- Tốc độ truyền sóng v là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.
- Bước sóng λ: là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ:
\(\lambda = vT = \frac{v}{f} = \frac{{2\pi v}}{\omega }\)
Sau một chu kỳ pha dao động lại bằng nhau, nên hai phân tử cách nhau một bước sóng thì đồng pha với nhau.
- Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua.
3) Phương trình sóng
Xét một sóng hình sin đang lan truyền trong một môi trường theo trục Ox, sóng này phát ra từ gốc tọa độ O với phương trình dao động là uO = A cos(ωt + φ)
- Để sóng truyền được đến M cách O một khoảng x cần 1 khoảng thời gian là ∆t = x/v
- Do đó M bắt đâu dao động muộn hơn O một khoảng ∆t. Vì thế phương trình dao động của M là:
\(\begin{array}{l} {u_M} = A\cos \left[ {\omega (t - \Delta t) + \varphi } \right]\\ = A\cos \left[ {\omega (t - \frac{x}{v}) + \varphi } \right]\\ = A\cos \left[ {2\pi (\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }) + \varphi } \right] \end{array}\)
=> Phương trình trên được gọi là phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục Ox, cho biết li độ u của một phân tử M có tọa độ x tại thời điểm t. Phương trình là một hàm tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ là T, tuần hoàn theo không gian với chu kỳ là λ
II. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1. Một người ngồi ở bờ biển quan sát thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 10 m. Ngoài ra người đó đếm được 20 ngọn sóng đi qua trước mặt trong 76 (s).
a) Tính chu kỳ dao động của nước biển.
b) Tính vận tốc truyền của nước biển.
Giải
a) Khi người đó quan sát được 20 ngọn sóng đi qua thì sóng đã thực hiện được quãng đường là 19λ.
Thời gian tượng ứng để sóng lan truyền được quãng đường trên là 19T, theo bài ta có:
19T = 76 → T = 4 (s).
b) Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp chính là bước sóng, λ = 10 m.
Tốc độ truyền sóng được tính theo công thức:
\(v = \frac{\lambda }{T} = \frac{{10}}{4} = 2,5m/s\)
Ví dụ 2. Một sóng cơ lan truyền với tần số ƒ = 500 Hz, biên độ A = 0,25 mm. Sóng lan truyền với bước sóng λ = 70 cm. Tìm
a) Tốc độ truyền sóng.
b) Tốc độ dao động cực đại của các phần tử vật chất môi trường.
Giải
a) Ta có λ = v/f → v = λ.ƒ = 0, 7.500 = 350 m/s.
b) Tốc độ cực đại của phần tử môi trường:
\(\begin{array}{l} {v_{\max }} = \omega A = 2\pi f.A\\ = 2\pi {.500.0,25.10^{ - 3}} = 0,25\pi = 0,785m/s \end{array}\)
III. TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG
Câu 1. Khi một sóng cơ học truyền từ không khí vào nước thì đại lượng nào sau đây không thay đổi?
A. Tốc độ truyền sóng.
B. Tần số dao động sóng.
C. Bước sóng.
D. Năng lượng sóng.
Câu 2. ốc độ truyền sóng là tốc độ
A. dao động của các phần tử vật chất.
B. dao động của nguồn sóng.
C. truyền năng lượng sóng.
D. truyền pha của dao động.
...
---Để xem đầy đủ nội dung Trắc nghiệm vận dụng, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---
Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Tài liệu Tổng hợp lý thuyết và bài tập Sóng cơ và sự truyền sóng cơ môn Vật Lý 12 năm 2020. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
Chúc các em học tập tốt !
